[發明專利]MEMS傳感器及其形成方法

有效

• 申請號: 202010266612.0
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111439721B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王紅海
• 申請（專利權）人: 紹興中芯集成電路制造股份有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81C3/00;B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 曹廷廷

本發明涉及一種MEMS傳感器及其形成方法。所述形成方法中，在金屬鍵合之前，在第一晶圓上形成了圖案化的犧牲材料層以及連續覆蓋在犧牲材料層和第一晶圓表面的功能層，此外還在功能層上表面的第一鍵合區域形成了擋墻主體部分，并在形成第一鍵合金屬的過程中，在擋墻主體部分表面形成了金屬層，可以在去除犧牲材料層的工藝中保護擋墻主體部分避免被腐蝕，從而在金屬鍵合時沒有產生明顯的形貌變化，可以起到阻擋熔融流體流到中間區域的作用，還可以用來控制鍵合反應程度，有利于提高鍵合良率。所述MEMS傳感器可以采用上述方法形成，所述擋墻在金屬層的保護下鍵合之前不容易被損傷，有助于提升鍵合結構的質量以及傳感器的性能。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種MEMS傳感器及其形成方法。

背景技術

MEMS(Micro?Electro?Mechanical?System，微機電系統)傳感器是利用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。常用的MEMS傳感器有壓力傳感器、慣性傳感器、麥克風、光傳感器、催化傳感器等等。隨著工藝技術的不斷完善和發展，MEMS傳感器在諸如智能手機、健身手環、打印機、汽車、無人機以及VR/AR設備等領域得到了廣泛的應用。

晶圓鍵合是MEMS傳感器制作中較常用到的工序，根據工藝需要，可以選擇異質半導體直接鍵合、中間層熔融鍵合、表面激活鍵合以及陽極鍵合等鍵合技術實現晶圓鍵合。其中，由于金屬鍵合(屬于中間層熔融鍵合)可以實現在1μm～3μm寬區域的密閉封裝，相當于增加了芯片的密度而減少了生產成本，目前金屬鍵合被許多MEMS生產廠家采用。

以一種MEMS慣性傳感器的制作為例，通常將用于設置MEMS空腔以及電容結構的器件晶圓(MEMS?wafer)與蓋帽晶圓(cap?wafer)通過金屬鍵合固定在一起。其制作過程包括以下的步驟：首先，在器件晶圓上形成圖案化的犧牲材料層；然后，形成電容功能層將犧牲材料層覆蓋；接著，在電容功能層表面用來進行鍵合的區域形成一圈第一鍵合金屬，并且，為了控制金屬鍵合的反應程度，在第一鍵合金屬的兩側會形成有用來限制熔融流體流動范圍的擋墻；然后，對電容功能層進行圖形化處理，圖形化后，電容功能層的開口將犧牲材料層露出，進而執行蝕刻工藝，通過電容功能層的開口去除犧牲材料層從而形成空腔；最后，將器件晶圓與蓋帽晶圓利用金屬鍵合工藝鍵合在一起，其中，第一鍵合金屬和蓋帽晶圓上的第二鍵合金屬先發生反應，當擋墻接觸到蓋帽晶圓上的第二鍵合金屬時，鍵合工藝停止。

為了節約工藝及成本，上述擋墻通常利用在器件晶圓上形成的氧化層進行圖形化而得到，但是，研究發現，上述方法形成的擋墻在進行金屬鍵合前，形貌會產生較大的變化，甚至發生缺損，使得在進行鍵合過程中，擋墻無法充分對鍵合反應中產生的熔融流體進行阻擋而發生鍵合不良，這會導致所形成的MEMS傳感器的性能較差。

發明內容

本申請發明人研究發現，擋墻在進行金屬鍵合前，形貌產生變化主要發生在空腔釋放步驟，在空腔釋放步驟采用的蝕刻液(或蝕刻氣體)容易對氧化物材質的擋墻產生腐蝕，使得擋墻形貌發生較大變化，甚至缺損。故而，為了改進MEMS傳感器的鍵合質量，提高MEMS傳感器的性能，本發明提供了一種MEMS傳感器的制作方法以及利用該制作方法得到的一種MEMS傳感器。

一個方面，本發明提供一種MEMS傳感器的形成方法，包括以下步驟：

提供第一晶圓，所述第一晶圓上形成有圖案化的犧牲材料層以及功能層，所述功能層連續覆蓋所述犧牲材料層和所述第一晶圓的表面，所述功能層的上表面具有中間區域和位于所述中間區域外圍的第一鍵合區域；

在所述功能層的第一鍵合區域形成擋墻主體部分，并在所述擋墻主體部分的表面和所述功能層的表面形成金屬層；

刻蝕所述金屬層，在所述第一鍵合區域形成第一鍵合金屬和位于所述第一鍵合金屬里側和外側的擋墻，所述擋墻包括所述擋墻主體部分以及保留覆蓋在所述擋墻主體部分上表面和側表面的金屬層；